一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法与流程

本发明涉及复合材料，特别涉及一种复合材料天线窗的成型方法。

背景技术：

1、雷达天线罩是飞行器雷达系统的重要组成部分，用来保护雷达天线或整个微波系统在恶劣环境下能够正常工作，是一个气动/结构/透波功能一体化部件。天线窗一般为平板状，位于飞行器侧部，其不仅要求减少介质材料对电磁波信号接收和反射的影响，同时承担着防热、承载、导流和耐候等功能。

2、石英纤维增强聚酰亚胺复合材料具有高比强、高比模、耐高温、透波性好等特点，是目前雷达天线透波部件的常用材料之一。天线窗体背面一般设计有透波窗口区，用于粘接气凝胶进而提高产品隔热性能，针对窗口区域，在进行模具设计时，通常会在模具上设计出对应的凸台结构，使得最终压制的产品具有窗口凹槽，如图4-5所示，然而在生产压制过程中常常会出现预浸料于凸台r角处产生架桥，铺于凸台四周的预浸料纤维被冲散等情况，最终导致天线窗产品透波窗口处缺料、分层。除此之外，常规的天线窗口只能够耐瞬时高温，长时间高温环境中易出现鼓包、分层的问题。

3、综上，从成型模具、树脂固化工艺体系、成型工艺设计等方面进行研究与优化，对此类天线窗口的表观性能、耐温性、尺寸可控性等指标的提高具有深远意义。本文提供了一种带窗口型石英增强聚酰亚胺复合材料天线窗口的成型方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法，满足产品高强高模、表观平整光滑、质量可控性好、可大批量生产等要求。

2、本发明的目的是这样实现的：一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法，包括以下步骤：

3、步骤1）预浸料制作：根据设计的树脂、纤维质量比，称取定量的树脂溶液，将其均匀刷涂至石英布上；接着将预浸料先后于室温、高温环境中去除绝大部分溶剂，保证最终预浸料溶剂含量小于5%；

4、步骤2）模具准备：将模具表面清理干净，使用脱模剂处理好模具表面后备用；

5、步骤3）下料：使用自动裁布机将整铺层所需的t形预浸料料片剪裁好，放入备用模具中压平待用；

6、步骤4）铺层：清点料片数量，整理料片，确保料片无褶皱变形后，将其铺覆于下模中，下模的铺贴面为平滑面；

7、步骤5）合模：将上模正面朝下，上模的正面也为平滑面，沿导柱与下模组装，并在上下模具之间放置垫片，随后将模具置于压机工作台中心，随后进行合模；

8、步骤6）固化：在压机中采用阶梯升温的固化工艺将温度升至设定温度进行固化成型，每个温度段停留设定时间，期间施加设定压力，然后脱模得到复材毛坯；

9、步骤7）后处理：将经上述固化工艺得到的复材毛坯放入高温炉中，再次采用梯度升温法，升至设定温度，然后待复材毛坯自然冷却至室温后取出；

10、步骤8）机加：固化结束后，将复材毛坯利用车床对复材坯料窗口、外边、窝孔机加至设定尺寸，最终得到曲面开槽型复合材料天线窗。

11、作为本发明所述的一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法的优选技术方案，步骤1）中预浸料制作具体包括以下步骤：

12、步骤1-1）在工作台上铺一层牛皮纸，随后将裁剪好的石英纤维布平铺在牛皮纸上，保证石英纤维布平整无褶皱，随后用夹具夹持四个角；

13、步骤1-2）将增强聚酰亚胺树脂溶液于40-50℃加热30分钟以上；

14、步骤1-3）按照纤维与树脂的质量比为8：10的比例，称取树脂溶液，分2-3次倒在裁剪好的石英纤维布上，用刮板将溶液均匀涂刷在布上，其中，每份溶液刷涂间隔5分钟，全部刷涂完毕后静置10分钟，待表面树脂凝固盖上隔离膜室温静置12小时挥发溶剂；

15、步骤1-4）将预浸料放入烘箱，于120℃烘干7小时，冷却后称取重量，若溶剂含量超过5%，则再次进入烘箱于100℃烘干半小时，以此类推。

16、作为本发明所述的一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法的优选技术方案，步骤2）模具准备具体包括：使用丙酮将拆开的模具表面清理干净，使用脱模剂处理模具表面3遍以上，每遍间隔20分钟，模具采用凹模，凹模的凹槽呈t形。

17、作为本发明所述的一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法的优选技术方案，步骤4）铺层时，保持t形预浸料料片的水平部下边缘贴合在模具上，控制t形预浸料料片的顶部边缘、底部边缘与模具之间留有间隙。

18、作为本发明所述的一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法的优选技术方案，步骤6）固化具体包括：

19、步骤6-1）将模具升温至305±5℃保温1小时，观察模具外侧流出的树脂，用铁丝蘸取溶液，能出现拉丝状态；

20、步骤6-2）取出上下模具之间的垫片，加压至10mpa，继续保温1小时；

21、步骤6-3）升温至370±5℃保温2.5小时；

22、步骤6-4）升温至380±5℃保温2小时；

23、步骤6-5）保持压力降温至150℃以下卸压；

24、步骤6-6）降温至60℃以下进行脱模，得到复材毛坯。

25、作为本发明所述的一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法的优选技术方案，步骤7）后处理具体包括：

26、步骤7-1）将复材毛坯放入高温炉中，室温升温至300℃保温30分钟；

27、步骤7-2）升温至350±5℃保温30分钟；

28、步骤7-3）升温至380±5℃保温2小时；

29、步骤7-4）升温至400±5℃保温1小时；

30、步骤7-5）升温至410±5℃保温1小时；

31、步骤7-6）自然冷却至室温后取出。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

33、本发明制得的天线窗口由石英纤维/增强聚酰亚胺复合材料制备而成，高强高模，可耐450℃高温、质量轻、透波性好；天线窗口采用模压成型方式，制品尺寸、弧度由模腔保证，尺寸精度高，能够适应聚酰亚胺树脂固化温度，适应大批量生产；在固化完成后，继续对工件进行热处理，提高树脂固化程度，进一步提高了材料的耐温性能；通过整体成型、后期机加开槽的方式，避免了预浸料在压制过程中因成型模具存在凸台，使得产品r角处架桥，高压下纤维被冲散等因素导致的窗口处分层、缺料情况，保证毛坯表观平整及尺寸结构稳定；通过本发明的材料及工艺使得制成的天线窗口在不影响产品性能的前提下可进行机加开槽。

技术特征：

1.一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法，其特征在于，步骤1）中预浸料制作具体包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法，其特征在于，步骤2）模具准备具体包括：使用丙酮将拆开的模具表面清理干净，使用脱模剂处理模具表面3遍以上，每遍间隔20分钟，模具采用凹模，凹模的凹槽呈t形。

4.根据权利要求1或2所述的一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法，其特征在于，步骤4）铺层时，保持t形预浸料料片的水平部下边缘贴合在模具上，控制t形预浸料料片的顶部边缘、底部边缘与模具之间留有间隙。

5.根据权利要求1或2所述的一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法，其特征在于，步骤6）固化具体包括：

6.根据权利要求1或2所述的一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法，其特征在于，步骤7）后处理具体包括：

技术总结
本发明公开了复合材料技术领域内的一种曲面开槽型复合材料天线窗的成型方法，包括以下步骤：步骤1）预浸料制作；步骤2）模具准备；步骤3）下料；步骤4）铺层；步骤5）合模；步骤6）固化：在压机中采用阶梯升温的固化工艺将温度升至设定温度进行固化成型，每个温度段停留设定时间，期间施加设定压力，然后脱模得到复材毛坯；步骤7）后处理：将经上述固化工艺得到的复材毛坯放入高温炉中，再次采用梯度升温法，升至设定温度，然后待复材毛坯自然冷却至室温后取出；步骤8）机加，本发明制得的天线窗满足产品高强高模、表观平整光滑、质量可控性好、可大批量生产等要求。

技术研发人员：李俊,刘慧中,马彦爽,李顺,王军,冯华飞,介凯旋,周倩
受保护的技术使用者：江苏新扬新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15